论电气传动技术的发展

目录

目录 (1)

摘要 (2)

第1章绪论 (3)

1．1电气传动技术的发展概况 (3)

1．2 定子调压调速 (3)

1．3 串级调速 (4)

1．4 变极调速 (4)

1．5 变频调速 (4)

1．6普通交流异步电动机变频调速调速范围的问题 (5)

第2章变频调速技术及其应用 (6)

2．1变频调速技术的意义与应用 (6)

2．2异步电动机的变频变压调速(VVVF) (6)

2．3变频器的基本结构与SPWM变频器的原理 (7)

2．3．1变频器的基本结构 (7)

2．3．2 SPWM变频器的原理 (8)

第3章普通交流异步电动机变频调速性能 (11)

3．1普通交流异步电动机的T形等效电路 (11)

3．2交流异步电动机起动频率范围的确定 (11)

3．3交流异步电动机起动原理 (12)

第4章普通交流异步电动机变频调速最佳调速范围 (14)

4．1变频调速对普通交流异步电动机的影响 (14)

4．2电动机性能的测试方法及设备 (16)

结论与讨论 (18)

参考文献 (20)

摘要

普通交流异步电动机变频调速系统被广泛应用，但是，普通交流异步电动机都是按恒频、恒压设计的，在频率改变时，电动机的参数和性能都将发生改变。由于异步电动机本身的非线性性，加上工作频率的改变，使其建模非常困难，因此，长期以来，在设计普通交流异步电动机变频调速系统时，只是凭借经验确定一些重要参数。本论文计算分析了在基频以下、以恒压频比方式供电下，变频调速时普通交流异步电动机启动电流、转矩的变化规律，并提出了根据电动机负载确定其最佳启动频率范围的方法。然后，以具体的普通交流异步电机变频调速系统为研究对象，重点测试了变频调速时异步电动机的各项性能数据，并据此提出了普通交流异步电动机变频调速的最佳调速范围，从而为普通交流异步电动机变·频调速系统的设计提供了重要的理论依据。

关键词：普通交流异步电动机(TM)变频调速系统(TP) 最佳启动频率(TM) 最佳调速范围(TM) 、

第1章绪论

1．1电气传动技术的发展概况

电气传动是指以各类电动机为动力的传动装置与系统。电气传动系统通常由电动机、控制装置和信息装置几部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等)，实现电能、机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气传动按照电动机的种类划分，有直流电动机传动、交流电动机传动、步进电动机传动、伺服电动机传动等。电气传动又可分为不调速和调速两大类，调速又分为交流调速和直流调速。直流电气传动和交流电气传动在19世纪后期先后诞生。但在20世纪的大部分年代里，已形成公认的格局：约占电气传动的80％不变速传动系统都采用交流传动，20％调速系统一般采用直流调速。虽然直流电机中励磁电流和电枢电流相互独立，比交流电机具有更好的控制性能，容易得到满意的动静态性能。而与此相反，交流电机虽然机械结构简单，但它是一个非线性、强耦合、多变量的控制对象，调速控制复杂，实现高精度控制较为困难。但是随着生产技术的不断发展，直流电机传动的薄弱环节逐步显露出来：直流电机由于换向器的存在降低了功率／重量的比值，限制了电机的容量和速度，而且直流电机的大部分功率都是通过换向器流入电枢的，转予发热多，效率低，磨损大，可靠性差。随着20世纪70年代计算机和微处理器技术的迅速发展，电力电子技术的日新月异，现代控制理论和智能控制理论的成熟，交流电气传动逐渐占据了主导地位。采用半导体变流技术、大规模集成电路和高速处理器等实现的交流调速控制系统，加之矢量控制、直接转矩控制及智能控制等先进控制方法的应用，交流调速控制系统逐步实现了宽的调速范围、高的稳速精度、快的动态响应等良好性能，在调速性能方面可与直流调速系统相媲美目前，从几百瓦的家用电器到几兆瓦的工业调速装置，都可以采用交流调速方案。交流调速系统由最初的只用于风机、水泵的软启动和开环变频调速等一般应用场合，扩展到各种高精度、快速响应的高性能指标的电气传动控制领域。目前，电气传动系统中新的格局已经形成：交流调速系统上升到主导地位，并将逐步取代直流调速系统。

1．2 定子调压调速

异步电动机的转矩在一定转差率下，与定子电压平方成正比，改变定子电压

将改变电动机的机械特性，从而实现电动机的调速。定子调压调速是一种比较简便的调速方式，可以在异步电动机的定子回路中串入饱和电抗器降压、串入电阻降压或在定子侧加调压变压器等方式来实现调压调速。在电力电子技术高速发展的今天，可以使用“交流开关”状态的双向晶闸管来实现交流调压调速。定子调压调速的主要优点是：方法简单，调速平滑，加上闭环控制时能达到理想的调速精度。其主要缺点是调整范围窄，一般不能低于电动机同步转速的80～85％”。，电动机转子的损耗比较大等。

1．3 串级调速

在绕线式异步电动机转子回路引入一附加电势，使得电动机转子侧通过交流装置向电网反馈或从电网吸收转差功率，从而实现电动机转速调节。串级调速可分为两类：一类是直接使用变频电源；另一类是将不同频率的转子电压经过整流器整流，变换为与转差成正比的直流，在其直流回路中串入一个极性相反的逆变器来实现调速。串级调速的主要优点是：可以将滑差能量以电能的形式回馈至电网，在整个调速范围内系统总效率较高，可达90％。；调速平滑；装置容量与速度调节范围成正比，当要求调速范围不大时，所需外加电源容量小，设备费用较低；可靠性较高，即使附加电源出了问题，系统可甩掉附加电源，切换至转子短接状态下运行。串极调速的主要缺点是：功率因数低，可能要低于0．6；晶体管串级调速装置有谐波危害：当电网电压瞬时大幅度降低时，串级调速装置有可能停止运行：最大力矩降低约17％左右。。，电气制动的特性不够理想，线路相对较复杂等。

1．4 变极调速

变极调速方式就是电动机的同一套绕组经控制设备把各线圈的接法进行变换，改变电动机的极对数来改变电动机同步转速的调速方式。这是一种不连续的调速方式，适用于极对数可以改变的多速鼠笼型异步电动机。从电机构造上看，定子绕组有单绕组和多绕组两种，一半多为单绕组，单绕组变极电机不仅出线少，用铜省，而且可以实现双速、三倍及倍极比、非倍极比的变极调速。变极调速是一种传统的调速方式，广泛应用于机床等机械的调速，变极调速的主要优点是：无跗加转差损耗，电气传动效率高，控制线路简单，设备费用低。其主要缺点是：不能连续调节转速。

1．5 变频调速